Électrodes imprimées en 3D favorisant l’écoulement turbulent pour l’électrolyse de l’eau alcaline

Pour assurer la transition énergétique des prochaines dizaines d’années, il est nécessaire d’optimiser des technologies pouvant stocker l’énergie excédentaire produite par les énergies renouvelables. Une technologie prometteuse, mais encore limitée par un faible rendement de conversion, est l’électrolyse de l’eau, qui produit de l’hydrogène en dissociant les molécules d’eau à l’aide d’un courant électrique. L'hydrogène peut être stocké sans perte pendant de longue période et peut être revalorisé en énergie primaire, dès que les besoins en énergie ne sont plus couverts par les énergies renouvelables. Plusieurs facteurs influencent le rendement de conversion, dont la surface catalytique des électrodes qui est nécessaire à la réaction électrochimique. La question qui se pose est : est-il possible d’améliorer considérablement le rendement en optimisant la morphologie de la surface catalytique des électrodes ? Pour répondre à cette question, cinq électrodes furent analysées en laboratoire au sein d’une cellule « sans espace » : une électrode 2D industrielle composée d’une maille et d’un grillage ; deux mousses 3D commerciales de porosités différentes (450 µm et 800 µm) ; et deux électrodes imprimées en 3D (une avec une structure en treillis et l'autre avec une structure spécifique facilitant l'évacuation des gaz produits au sein de la structure en treillis). Une augmentation considérable est obtenue avec les électrodes imprimées en 3D par rapport aux autres électrodes. Par rapport au dispositif 2D industriel, la vitesse de production volumique d’hydrogène est triplé en utilisant ces électrodes. Entre les deux structures imprimées en 3D, une hausse de 20 à 50 % dans la performance est remarquée en ajoutant la structure spécifique favorisant l'évacuation des gaz produits au treillis. L’utilisation de ces électrodes est donc prometteuse, mais doit encore faire ses preuves dans un pilote industriel de plus grande échelle. De plus, l’analyse du recouvrement des bulles de gaz sur la surface catalytique est encore à étudier, pour analyser plus précisément l’influence de la géométrie pour un écoulement turbulent.